稻谷烘干机植物性杂质及粉尘回收工艺技术的研究与应用*

林 琳，刘盛华，高树成，王 赫，任丽辉

(辽宁省粮食科学研究所，沈阳 110032)

稻谷是我国的主要粮种，也是辽宁省的主要粮食作物和储备粮种。据统计，2015年以来辽宁省粮食总产量一直稳定在为2 100万t以上,其中稻谷产量在2017年已达到422万t。由于冬季气温低、湿度大，致使稻谷收获时水分高达20%～22%，必须对其烘干降水才能保证储存安全[1-2]。目前，稻谷烘干机均采用露天开放式作业，稻谷烘干时通过塔体排出的杂质和粉尘直接排放到空中，严重影响周边环境，急需进行环保改造以减少污染排放。经过探索研究，找出了适合的工艺技术改造方案，并将研究成果进行应用，为稻谷烘干过程中解决杂质和灰尘污染问题提供经验。

1 稻谷烘干机烘干作业现状

目前，常规的稻谷烘干机均采用露天开放式作业，普遍以高温热空气为介质强制降水，使稻谷水分降至安全水分。稻谷在烘干过程中，新鲜热风经过顺流、逆流等热量传递过程[3]，热风加热稻谷，并将稻谷中的水分蒸发随热风带出，大量低温湿热空气从烘干机塔体排出。这些低温湿热空气中含有植物性杂质（稻梗、稻壳）、粉尘、水分等，它们通过烘干机塔体直接排放到烘干现场的空中，短时间内就会在地面沉积厚厚的一层，严重影响烘干作业环境，稻梗稻芒等刺激人的皮肤，造成瘙痒等症状，灰尘影响人的呼吸道，损害工作人员身体健康，而其中细小颗粒物质会随风飘散很远，造成局部大气污染，严重影响周边居民正常生活，致使居民上访不断，引发社会矛盾。

2 设计思路

按照源头治理、减少污染、废物利用的理念，采用全封闭结构对稻谷烘干机进行技术升级改造，对烘干机烘干时排出的植物性杂质和粉尘进行有组织地回收，既能解决植物性杂质和粉尘排放超标等环境污染问题，而且还能将回收的废料加工成为生物质颗粒变废为宝，同时减少了热量散失，提高烘干热效率。技术方案升级改造中，根据植物性杂质和粉尘的物理特性，结合稻谷烘干机系统的特点,找出了最佳设计方案。

3 设计原理

根据植物性杂质和粉尘的物理特性，结合稻谷烘干机系统的特点,以湿热平衡理论和空气动力学原理为基础，研究杂质和废气的飞行路径和动力配比，依靠不同杂质的重力和悬浮速度差异的原理，采用全封闭结构、负压粉尘杂质集中回收工艺，改变露天开放式的烘干作业方式，实现植物性杂质和粉尘的有序排放。

4 设计内容

4.1 加装湿热空气和杂质粉尘分离装置

根据烘干机内杂质粉尘飞行路径和空气动力学原理及湿热平衡理论，结合稻谷烘干机系统的特点,在原有稻谷烘干机两侧加装全封闭的湿热空气和杂质粉尘分离装置，该装置根据塔体内风压平衡及负压烘干效果影响分析，结合湿热空气与杂质粉尘的特点，内层设置湿热空气和杂质粉尘分离窗，杂质粉尘分离窗采用特殊结构设计的百叶窗式结构，百叶窗中的叶片末端为折弯结构，其叶片折弯最末端高于下一个叶片的最顶端，叶片之间留有设计好的间隙。通过外层杂质粉尘分离罩上的轴流风机的工作，湿热空气穿过百叶窗经轴流风机排入外部环境，同时植物性杂质和粉尘截留在分离窗内。此设计保证了稻谷的烘干效果，植物性杂质和粉尘被截留在分离装置内侧，而纯净的湿热气体穿过分离装置排入外部环境，同时还可减少烘干塔内热量辐射流失的速度。

4.2 加装杂质粉尘收集装置

在湿热空气和杂质粉尘分离装置底部加装杂质粉尘收集装置，收集装置由螺旋输送机和杂质粉尘收集箱组成，被截留在分离装置中的杂质和粉尘在重力作用下，沉降至烘干机分离装置底部的螺旋输送机内，被收集到全封闭的杂质粉尘收集箱内，从而实现杂质和粉尘的全部回收。回收后的植物性杂质可作为生物质固体清洁能源原料，进一步加工生产为颗粒燃料，可用于烘干热风炉热源等工业供热及城镇供暖等领域。

5 应用效果

该项成果在辽宁省某粮库日处理量300 t/d、以生物质燃料（稻壳颗粒）为燃烧物质的顺逆流稻谷烘干机系统中得到应用，其技术改造后的总体示意图如图1所示。

图1 稻谷烘干机杂质和粉尘回收工艺示意图

对技术工艺改造后的烘干机系统进行了生产性测试，测试当日平均环境温度-10℃，稻谷烘干作业热风温度45℃，烘干当日回收植物性杂质和粉尘约270 kg，植物性杂质和粉尘平均回收率90%。实施技术改造后可改变烘干系统露天粗放式作业方式，减少了烘干塔内热量辐射流失的速度，日平均节约生物质燃料约12 kg,相当于节约6万千卡/kg的发热量，烘干热效率提高3%。

6 效益分析

6.1 直接经济效益

稻谷烘干产生的植物性杂质回收后可作为生物质固体清洁能源原料，按照一个烘干期稻谷烘干量3万t计算，产生植物性杂质约为30 t。实施技术改造后，预计回收植物性杂质为27 t，其发热量为3900～4 800千卡/kg，与煤的发热量相当。如燃煤价格按900元/t计算，回收的植物性杂质加工所产生直接经济效益为24 300元。

6.2 间接经济效益

按照一个烘干期稻谷烘干量3万t计算，烘干塔内温度约为45℃，环境温度-10℃，通过计算可知稻谷烘干1 d损失的辐射热量约为200万千卡，折合煤的重量约为400 kg。实施技术改造后可减少烘干塔内热量辐射流失的速度，减低能源消耗。通过粗略估算节省能源12 kg煤，按一个烘干期计算一套烘干系统可节约燃煤1.2 t。如燃煤价格按900元/t计算，可产生间接经济效益为1 080元。

6.3 社会效益

项目有效地减少环境污染，促进烘干作业安全文明生产，保护作业人员卫生健康，保护周边居民居住环境，维护社会稳定和谐，具有较大的社会效益。

6.4 环境效益

植物性杂质回收后生产的清洁能源，具有绿色、低碳、清洁、可再生等特点，燃料纯度高，不含硫磷和其它不产生热量的杂物，燃烧时不产生二氧化硫和五氧化二磷，因而不会导致酸雨产生，不污染大气，具备显著的环境效益。

7 结语

烘干系统作业产生的植物性杂质与粉尘以及废气热量回收等问题是企业急需解决的突出问题[4-5]，该技术可广泛应用于各种类型的粮食烘干设备[6-7]，粮食烘干机将由露天开放式作业逐步向封闭式作业发展，粮食烘干机植物性杂质与粉尘排放技术将向有组织回收方向发展。该技术应用，可有效减少环境污染，提高能源利用率，促进粮食烘干作业安全文明生产，保护周边居民居住环境，维护社会和谐稳定。